稠油油藏蒸汽吞吐转火驱开发储层变化特征研究

于雪峰，户昶昊

（1. 长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100； 2. 中国石油 辽河油田公司勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）

石油化工

稠油油藏蒸汽吞吐转火驱开发储层变化特征研究

于雪峰1，户昶昊2

（1. 长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100； 2. 中国石油 辽河油田公司勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）

火烧油层又称“火驱”，是稠油蒸汽吞吐开发后期主要接替技术之一，火驱过程中原油在地层中高温燃烧，发生复杂的物理化学反应，储层内部会发生固相、液相、气相的物化、地化反应，造成岩石矿物溶解、沉淀和蚀变以及油、水组分的变化，进而影响储层内岩石矿物、孔隙结构、物性流体性质。运用岩石薄片、X-衍射全岩、铸体薄片、全烃色谱等十余项分析测试技术进行研究，揭示蒸汽吞吐转火驱开发储层岩石矿物变化规律，储层物性变化特征、孔隙结构变化特点、流体组分变化特征，为稠油蒸汽吞吐转火驱开发储层变化研究提供了较好技术借鉴。

火驱； 储层； 矿物； 物性； 孔隙结构

D66块杜家台油层油藏埋深800～1 200 m，油层厚度44.5 m，孔隙度19.3%，渗透率774 mD，属于中高孔、中高渗储层，50 ℃地面脱气原油粘度为325～2846 mPa·s，为中深层薄互层状边水油藏。为探寻蒸汽吞吐后提高采收率技术，2005年6月开展火驱试验，火驱经历了火线形成上产阶段，目前处于热效驱替稳产阶段，火线前缘温度大于300 ℃，主力层段实现了高温氧化燃烧。为进一步认识火驱油藏内部的物理化学反应[1,2]，分析储层火驱前后伤害的机理和程度、判断地下燃烧状态，2013年8月在该块实施一口密闭取心井S037，该井距离注气井8.5 m，取心前注气井累积注入空气207.3×104Nm3。

1 储层基本特征

1.1 岩石学特征

岩心粒度分析表明S037井粒级砂岩均有分布，其中以中、细砂较为发育，分别占20.13%、16.2%，其次为细粉砂、极细砂、中砾。碎屑分选性为中等，磨圆度以次棱-次圆为主，接触关系以点接触为主,胶结类型以孔隙型为主。碎屑成分主要以石英、长石、岩屑为主，含量分别为28%、36%、35%，岩屑以变质岩岩屑为主，含量为15%，次为酸性喷出岩岩屑。 X衍射全岩分析认为，储层石英、钾长石、斜长石含量平均为63.24%、8.31%、14.66%，方解石、白云石、菱铁矿含量较低，含量平均为1%～2%。综合该井岩石矿物成分来看，分布较为稳定，成岩自生矿物较少，含量低，成岩作用较弱。

1.2 储层物性与孔隙特征

该井岩心分析表明，储层孔隙较为发育，孔隙度14.3%～49.4%，平均为31.5%，渗透率0.165～11 218 mD，平均为22 15.4 mD，该储层属于中高孔、高渗、特高渗型储层。铸体薄片分析[3]认为，该井储集空间主要为粒间孔，粒间孔以原生孔隙为主，次生孔隙次之，孔隙较发育（图1）组分内溶孔是次生成因，孔隙大小与溶蚀程度有关，该井长石及部分喷出岩岩屑溶蚀变深[4,5]，组分内溶孔以长石和喷出岩岩屑溶孔为主（图2）。

图1 980.30 m铸体薄片（单偏光25倍）Fig.1 980.30 m the casting thin sections (single polarization 25 times)

图2 883.85m扫描电镜（2 400倍）Fig.2 Scanning electron microscopy (sem), 883.85 m(2 400 times)

2 储层变化特征

2.1 岩石矿物变化

表1 S037三个不同层段矿物含量表Table 1 S037 three different interval mineral content tables %

常规薄片鉴定及X-衍射全岩定量分析结果（表1）研究认为，火驱后S037井主要矿物成分（组成为石英，次为长石及粘土矿物，少量碳酸盐）含量发生变化，由于热采过程中温压逐渐增大，蒸汽吞吐温度250 ℃，火驱温度370 ℃以上，有利于生成性质稳定的石英，进而吞吐和火驱层段石英含量增加，由57.3%上升至70.4%。

粘土矿物对温压的变化反应相对敏感，对孔隙结构及渗透率的变化起关键作用，研究认为细粒运移%和粘土膨胀是造成储层伤害的主要原因。地层中孔隙充填粘土矿物，在高温蒸汽及空气的作用下，高岭石和伊利石，从孔隙表面释放，随液体流动，蒙脱石和混合层粘土，先膨胀，然后分离、运移。引起储层伤害的主要为粘土膨胀、孔隙度减小，引起多孔地层渗透率降低，流体流动所夹带的颗粒堵塞孔喉，渗透率降低。研究发现，吞吐和火驱层段中的伊蒙混层逐渐减少，伊利石、高岭石及绿泥石逐渐增加（表2），分析认为温压增大有利于伊蒙混层向伊利石转化，高岭石则由酸性条件下的钾长石转化而来，绿泥石由皂石转化而来，而随着伊蒙混层的减少，伊利石、高岭石及绿泥石的增加，火驱后粘土的膨胀性能减弱，储层连通性将随之变好[6]。

碳酸盐矿物分析表明，火驱后碳酸盐矿物含量变少（表3）。火驱过程中，随着温度的升高，火驱高温（＞370 ℃）的作用碳酸盐矿物会有一定程度的分解，与空气中氧气发生氧化反应，转化为CO2及相应的氧化物（图3）。

图3 S037井三个不同层段代表性阴极薄片Fig.3 S037 well three different typical cathode chip interval

表2 S037三个不同层段粘土矿物相对含量表Table 2 S037 three different interval mineral content tables %

相关文献[7,8]表明，碳酸盐在不同环境下，会发生一些水岩反应，在高温条件下，作为非膨胀性矿物的碳酸盐能转化为蒙皂石，方解石与高岭石、石英和水反应生成钙蒙皂石和CO2，白云石能接替方解石发生前述反应；在低温蒸汽下，菱铁矿也能与高岭石反应，生成绿泥石（可逆反应）。

表3 S037三个不同层段碳酸盐平均含量表Table 3 Average carbonate content of S037 well in three different stages %

2.2 物性变化

物性特征的变化主要体现在孔隙度、渗透率及含油饱和度的变化，岩心测试资料（表4）研究认为，由于储层矿物含量发生变化，火驱后储层物性随之改变，孔隙度变化相对较小，渗透率变化较大，即火驱在一定程度上改善了储集性能，使储层向开发有利的方向转化。在火驱波及层段975～978 m，含油饱和度，最低降至13.3%，与吞吐层段岩心颜色偏黑对比，火驱层段岩心颜色明显变浅（图4）。

表4 S037三个不同层段物性特征Table 4 S037 interval three different physical characteristics

图4 吞吐、火驱层段岩心图片Fig.4 Throughput, fire flooding zone core image

2.3 孔隙结构变化

采用铸体薄片图像方法研究储层空间的微观结构特点及孔隙在储集层中的存在方式，对比平均孔隙直径、面孔率、喉道总数、平均配位数四个参数，火驱后孔隙直径由160.03μm增至208.49μm，吞吐和火驱两种热采方式能够使储层孔隙结构变好(表5)。

表5 S037井孔隙图像分析统计表Table 5 S037 well pore image analysis TAB

2.4 孔隙结构变化

岩石学研究只能通过荧光薄片得到储集空间及碎屑颗粒含沥青的情况，分析认为，三个阶段流体性质变化较小，岩石沥青以油质沥青、沥青质沥青为主，含量中低-较高，部分碎屑受油质沥青、沥青质沥青浸染，有荧光显示，粒间以中亮褐色、褐黄色、黄色荧光为主，呈斑块状、环状（图5）。

图5 S037井三个不同层段代表性荧光薄片Fig.5 Representative fluorescence chip of S037 well in three different stages

为了进一步认识流体性质变化，采用全烃色谱进行吞吐层段、火驱层段流体谱图分析，二维非均质物理模拟研究认为当原油高温裂解后，火驱后饱和烃的主峰碳向低碳数方向转移，原油出现了丰富的正构烷烃和异构烷烃。从取心井段975～978 m原油全烃色谱分析发现，火驱层段原油组成变化特征较为明显，正构烷烃含量相对增加，主峰碳前移（图6-7），符合高温氧化燃烧的反应特征，也同样显示火驱高温过火。

图6 火驱层段全烃色谱图Fig.6 Fire flooding zone of hydrocarbon chromatogram

图7 吞吐层段全烃色谱图Fig.7 Throughput interval of hydrocarbon chromatogram

3 认识与结论

（1）D66块储层岩性以岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩为主，碎屑成分为石英、长石、岩屑，结构成熟度及成分成熟度均为中等，属于高孔、特高孔，高渗、特高渗储层。

（2）受储层高温的影响，吞吐转火驱后生成了性质稳定的石英，长石及碳酸盐减少，粘土矿物互相转化，伊蒙混层相对含量降低，高岭石、伊利石、绿泥石相对含量增加，碳酸盐矿物与空气中的氧化反应，生成CO2及氧化物含量降低。

（3）火驱在一定程度上改善了储集性能，储层孔隙度、渗透率升高，含油饱和度大幅降低，喉道平均值变大，分布更均匀，孔喉连通性变好，使储层向着对开发有利的方向转变。

（4）火驱后岩石沥青质变化不明显，但原油组成变化特征最为明显，正构烷烃含量相对增加，主峰碳前移，显示高温氧化燃烧的特征。

［1］张方礼．火烧油层技术综述[J]．特种油气藏,2011，18(6)：2-5.

［2］张方礼，刘其成，赵庆辉，张勇，程海清．火烧油层燃烧反应数学模型研究[J]．特种油气藏,2012，19(5)：56-59.

［3］赵明，郭志强，卿华，张伶俐，刘伟. 岩石铸体薄片鉴定与显微图像分析技术的应用[J].西部探矿工程,009(3):66-68.

［4］程宏杰，廉桂辉，毛小茵，李霞，胡小冬. 火驱过程中储集层变化［J］. 特种油气藏，2014，21(3)：132-135.

［5］蔡文斌，李友平，李淑兰，等. 胜利油田火烧油层现场试验［J］.特种油气藏，2007，14(3)：88-90.

［6］杨兴华.低渗透油藏注水开发中粘土矿物的变化及作用分析[M].北京:石油工业出版社，2006.

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Research on Characteristics of Heavy Oil Reservoirs With Fire-flooding After Steam Injection

YU Xue-feng1，HU Chang-hao2
(1. College of Earth Science, Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China; 2. PetroChina Liaohe Oilfield Company Exploration and Development Research Institute, Liaoning Panjin 124010, China)

In-situ combustion, also called combustion drive, is one of replacing technologies after steam injection for heavy oil. During the combustion process, crude oil burns under high temperature, and physical and chemical reactions occur. In the reservoir, physicochemical and geochemical reactions of solid, liquid and gas phase can result in rock dissolution, deposition, alteration and the change of oil and water, which will affect the properties of rock，pore configuration and liquid in the reservoir. In this paper, rock slice, X-diffraction bulk rock analysis, image analysis of cast slice and analysis of physical and chemical properties were utilized to reveal variation mechanism of rock mineral, variation characteristics of physical property in reservoir, variation features of pore configuration and fluid composition in the reservoir with fire-flooding after steam injection.

Combustion drive; Reservoir; Mineral; Physical property; Pore configuration

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）10-2454-03

渤海湾盆地辽河坳陷中深层稠油开发技术示范工程，项目号：2011ZX05053。

2015-05-05

于雪峰（1993 -），男，辽宁盘锦人，长江大学地球科学学院资源勘查工程专业在读。

户昶昊，中国石油辽河油田公司勘探开发研究院，E-mail：huch6@petrochina.com.cn。